如果一個人能追上光,那麼這束光看上去會是什麼樣子?

2020-12-05 天文同好樂園

如果一個人能追上光,那麼這束光看上去會是什麼樣子?在愛因斯坦的相對論盛行的今天,提出這樣的問題似乎很天真很可笑。好吧,我承認。但事實上,如果你能耐心地看完這篇文章,你就不會這樣認為了,因為這個貌似天真可笑的問題,卻隱藏了空間和時間的奧秘。

我們現在知道,光速C在宇宙中是恆定的,而且宇宙中沒有任何物體的速度能超過光速。你的速度只可能無限接近光速,但絕不能達到光速,更不可能超過光速。這雖然是一個已知的結論,但並不妨礙我們做出一些假設然後充分地發揮你的想像力,看看能得出什麼樣的結果。

想像自己坐在一輛飛馳的汽車裡,與一輛同樣在飛馳的高速列車並行。列車的速度比汽車快,如果我們猛踩油門追上列車,讓汽車與列車速度相同且肩並肩地前行,這時,我們可以清楚地看到列車的內部,看到列車裡的座位和乘客。此時的列車相對汽車來說仿佛是靜止的,列車似乎沒有運動。你應該承認,這一假設是成立的,因為這是常識,是現實中真實存在的現象。

那麼,如果將列車看成是一束光呢?你的汽車正在與一束光並行,從理論上來說,相對於同速的汽車和你,這束光看上去應該是靜止的。你可能會說,汽車的速度不可能達到光速!好吧,那就假定汽車的速度接近光速而沒有達到光速,看看會出現什麼情況。

讓我們回到汽車與列車的例子,假定列車的速度是時速100公裡,汽車的時速是99公裡,那麼從汽車裡觀察列車,我們會發現這一刻的列車在我們的前面以每小時1公裡的速度行駛。這樣說肯定沒有問題,因為既符合理論計算也符合常識。好的,我們繼續用光束代替列車,按照上面的假定,汽車正以時速90公裡追趕時速100公裡的光束,那麼從常識上來說,這一刻光束應該在我們前面以時速1公裡的速度前行。

然而,根據相對論的觀點,我們在車上實際看到在我們前面的光束並非以預期的每小時1公裡前行,而是仍然以每小時100公裡的速度前行,就好像汽車是靜止不動一樣。即使汽車的時速達到99.999999公裡,我們會看到光束仍以時速100公裡的速度前行。相對論給出的這個結論,對於我們來說是奇怪的、不可理解的和荒謬的。

但懷疑歸懷疑,愛因斯坦給我們作出了解釋:我們實際上被空間和時間捉弄了!在實際的實驗中科學家已經證明,不管我們的速度有多快,光的速度永遠是恆定的C。對於接近光速的汽車中的我們而言,速度越快時鐘就滴答得越慢;同時空間被壓縮,我們的尺子就變得越短,尺子收縮得恰好使得我們無論什麼時候測量速度,得出的光速都相同。如果遠處有一個觀察者,他會發現汽車中的我們移動得異常緩慢,但在車上的我們卻絲毫感覺不到,因為我們的大腦也慢了下來,一切對我們來說都是正常狀態。

這就是「相對論效應」。其實在日常生活中,相對論效應的影響太小太小了,我們根本不可能感覺到,主要是因為光速實在是太快了。當我們越接近光速,我們的大腦思考變得越慢,我們的身體也變得越來越薄,空間和時間都被扭曲了,而我們絲毫察覺不到。

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